Понятие о дистанционном зондировании.

В последние годы бурно развиваются компьютерные средства сбора и обработки информации. Например, уже получили большое распространение геоиформационные технологии, ассоциирующиеся у большинства людей с использованием программных продуктов, относящимся к географическим информационным системам (ГИС). Но наряду с ними, в эти области активно внедряются информационные технологии, имеющие отношение к обработке пространственной информации: методы глобального спутникового позиционирования (GPS), методы связанные со сбором информации в поле, на местности, с помощью портативных компьютеров, методы, использующие дистанционное зондирование Земли из космоса или с самолетов. С переносом всех основных операций по обработке и использованию данных съемок на компьютеры появились специализированные пакеты для работы с данными дистанционного зондирования.

Дистанционное зондирование – это технология, которая требует специфических возможностей обработки, таких как многоспектральная классификация, геометрическое трансформирование и географическая привязка изображений. До 1992 года технология больше рассматривалась как научно-исследовательская и поэтому некоторым образом отделялась от быстро растущего рынка ГИС технологий. В то же время и фотограмметрия (техника получения топографической информации по стерео изображениям) переводилась в цифровую форму. Одна особенность является общей для этих трех областей (дистанционного зондирования, ГИС и фотограмметрии) – это обязательное требование иметь географически привязанную информацию. Те, кто в своих проектах опирается на все три выше указанные технологии, программное обеспечение должны заказывать у разных поставщиков. Для цифровой обработки снимков используется целый ряд специализированных программных продуктов, выпущенных как российскими производителями (Талка, Photomod, Z-Spase 29 и т.д.), так и зарубежными (TNT Proffesional, Leika, Interdraph, Tobin, PCI, ER Mapper, RolleiMetric и проч.). В настоящее время фотограмметрические покеты становятся частью ГИС. Цифровая фотограмметрия опирается на успехи в развитии цифровых камер, процессоров с параллельной обработкой данных, достижений в области построения систем искусственного интеллекта. Важна роль цифровой корреляции изображений, так

Мировым лидером в разработке программного обеспечения для работы с данными дистанционного зондирования (в основном речь идет об информации, получаемой со спутников) является компания ERDAS (Earth Resources Data Analysis System). Первоначально основным источником данных (до 90%) во всех работах были съемки видеокамерами. С приходом самолетных цифровых сенсоров и систем качественного сканирования обычных аэроснимков, аэрофотосъемка также стала частью дистанционного зондирования.

С реализацией версии ERDAS Imagine 8.1 первая полнофункциональная ГИС с использованием данных дистанционного зондирования стала реальностью. Программное обеспечение ERDAS Imagine органично соединяет цифровую фотограмметрию, дистанционное зондирование, пространственный анализ и картографирование в векторном формате в одном пакете, который работает как на персональных компьютерах, так и на UNIX рабочих станциях.

Область применения программных продуктов ERDAS охватывает различные сферы деятельности, особый интерес представляет разведка, добыча и эксплуатация месторождений нефти и газа. Основные задачи – площадное картирование по данным съемок и геологическая интерпретация аэро и космических изображений, решаемые с помощью следующей комплектации продуктов Imagine: Advantage или Professional, как базовые комплекты, с дополнительными модулями OrthoMAX, Radar и Virtual GIS. Основными пользователями являются нефтяные и газовые компании, организации по разведке и добыче полезных ископаемых, по строительству и эксплуатации трубопроводов.

В целом, любые организации, занимающиеся тематическим и топографическим дешифрированием и картированием с использованием данных космических и аэросъемок – потенциальные пользователи программного обеспечения ERDAS Imagine. Это программное обеспечение может применяться в любой прикладной области, обеспечивая полный цикл использования данных дистанционного зондирования, начиная от предварительной коррекции и трансформирования снимков до создания по ним топографической продукции и географических информационных систем.

IMAGINE Essentials

Essentials – это ядро линии продуктов IMAGINE, представляет собой недорогой продукт для картографирования. Essentials позволяет интегрировать многие растровые форматы (такие, как GeoTIFF, ESRI GRID, ER Mapper и многие другие) наряду с векторной ГИС информацией в единую среду для управления и работы с этими данными.

IMAGINE Advantage

Imagine Advantage дополняет функциональность Essentials, представляя расширенные функции картирования, обработки изображения и ГИС анализа. Дополнительные функции: ортотрансформирование

- возможности геометрического моделирования расширены, включены геометрические модели сенсоров (стандартные аэрофотокамеры, SPOT и LANDSAT);

- задание элементов внутреннего ориентирования и параметров камеры: координат главной точки, фокусного расстояния, координатных меток;

- задание или автоматическое определение поправки элементов внешнего ориентирования: углов отклонения главного луча от надира и координат центра проектирования;

- учет кривизны Земли;

- задаваемое пользователем число итераций;

- задание выходной проекции;

- сбор опорных точек с карты, снимка, векторного слоя, клавиатуры;

- использование полных (x,y,z) опорных точек.

Имеются средства для генерализации поверхностей – Surface Generation (интерполяция на регулярную модель рельефа). Этот инструмент позволяет получать регулярную цифровую модель из точек с отметками высот и изолиний рельефа в векторном виде и других видов данных. Расширенные функции мозаики позволяют сливать различные виды взаимноориентированных аэро и космических изображений в одно. На выходе мозаики могут быть получены: единый большой файл, несколько файлов с произвольными границами или серии листов в заданной системе разграфки. Для выравнивания контраста сливаемого изображения используются различные алгоритмы, линии сшивки определяются автоматически или вручную по произвольной линии или с использованием объектов векторной карты в формате ARC/INFO. Для зон перекрытия могут быть выбраны различные варианты вычисления значений результирующих пикселов.

Модуль расширения OrthoMAX представляет собой высокопроизводительную цифровую фотограмметрическую систему. Основным ее назначением является построение цифровых моделей рельефа и выполнение ортофототрансформирования. Также возможно проведение фототриангуляции, как в пределах одиночного снимка, так и по целому их блоку.

Фотограмметрическая подсистема OrthoMAX обеспечивает оптимальный подход к организации процесса обработки данных, благодаря своему удобному интерфейсу. Тем самым методы цифровой фотограмметрии становятся доступными даже тем категориям пользователей, которые не имеют специального фотограмметрического образования. Даже новички, используя систему OrthoMAX, могут получить высококачественные результаты, а для опытных пользователей имеется много расширенных возможностей, которые позволяют увеличить производительность и качество работы в сложных ситуациях. Программа позволяет работать с различными типами данных, с большим количеством снимков и можно задавать необходимую точность выходного материала. Это позволяет гибко ориентировать работу на выполнение конкретно поставленных задач. Высокоэффективные алгоритмы, используемые для учета особенностей геометрии сенсора, выполнения триангуляции, построения цифровой модели рельефа (ЦМР) и ортотрансформирования, позволяют достичь субпиксельной точности. ЦМР могут собираться как в полуавтоматическом, так и в интерактивном режиме. ЦМР может быть получена как в виде регулярной модели рельефа (растра), так и в виде нерегулярной триангуляционной сети (TIN). Полученная ЦМР может наблюдаться и редактироваться в стереоскопическом режиме.

Ортооткорректированное изображение, будь то космические или аэрофотоснимки, являются столь же точным материалом для измерения, что и карта и свободно от значительных искажений, связанных с рельефом местности. Это означает, что при выборе фокусного расстояния АФА ( ) известной формулой:

,

можно не руководствоваться. Это устраняет также проблемы стыковки по краям снимков при построении мозаики. Непосредственно в процессе ортотрансформирования можно задавать размер пиксела и выбрать нужный участок. Оно может производиться как с использованием регулярной модели, так и типа TIN. 4.

Содержание

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ФОТОГРАММЕТРИИ. 2

1. 1 ПРЕДМЕТ ФОТОГРАММЕТРИИ, ЕЕ СОДЕРЖАНИЕ И ЗАДАЧИ. 2

1. 2 ФОТОТОПОГРАФИЯ И ФОТОТОПОГРАФИЧЕСКИЕ СЪЕМКИ. 3

1. 3 ПРИКЛАДНАЯ ФОТОГРАММЕТРИЯ. 4

1. 4 ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ФОТОГРАММЕТРИИ. 5

2. ОПТИЧЕСКИЕ И ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОТОГРАММЕТРИИ. 10

2.1 ПОСТРОЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ В ФОТОКАМЕРЕ. 10

2.2. ХАРАКТЕРИСТИКА ФОТОГРАФИЧЕСКИХ ОБЪЕКТИВОВ. 12

2.3. ХАРАКТЕРИСТИКА ФОТОГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ. 15

2.4 Принцип получения цифровых снимков.. 18

2.5 ЦЕНТРАЛЬНАЯ ПРОЕКЦИЯ СНИМКА И ОРТОГОНАЛЬНАЯ ПРОЕКЦИЯ ПЛАНА. 24

2.6 ЭЛЕМЕНТЫ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ПРОЕКЦИИ И ЕЕ СВОЙСТВА. 25

2.7 Получение снимков местности. 29

2.8 ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА АЭРО и наземной ФОТОСЪЕМКИ. 30

2.8.1 Летательные аппараты.. 30

2.8.2 Аэрофотоаппараты.. 31

2.8.3 Вспомогательное аэрофотосъёмочное оборудование. 33

2.8.4 Оборудование для фотографирования с земли. 39

2.8.5 Основные характеристики фотограмметрических цифровых камер. 40

3. АНАЛИТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОДИНОЧНОГО СНИМКА.. 44

3.1. СИСТЕМЫ КООРДИНАТ ТОЧЕК МЕСТНОСТИ И СНИМКА. 44

3.2. ЭЛЕМЕНТЫ ОРИЕНТИРОВАНИЯ СНИМКА. 47

3.3. ЗАВИСИМОСТЬ МЕЖДУ ПРОСТРАНСТВЕННЫМИ И ПЛОСКИМИ КООРДИНАТАМИ ТОЧКИ СНИМКА. 48

3.4. ЗАВИСИМОСТЬ МЕЖДУ КООРДИНАТАМИ ТОЧКИ МЕСТНОСТИ И СНИМКА.. 51

3.5. ЗАВИСИМОСТЬ МЕЖДУ КООРДИНАТАМИ ТОЧКИ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО И НАКЛОННОГО СНИМКОВ. 54

3.6. МАСШТАБ СНИМКА. 55

3.7. СМЕЩЕНИЕ ТОЧЕК И Искажение направлений, ВЫЗВАННОЕ НАКЛОНОМ СНИМКА. 57

3.8. СМЕЩЕНИЕ ТОЧЕК И НАПРАВЛЕНИЙ НА СНИМКЕ, ВЫЗВАННОЕ РЕЛЬЕФОМ МЕСТНОСТИ. 59

3.9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ВНЕШНЕГО ОРИЕНТИРОВАНИЯ СНИМКА.. 59

4. Теория пары снимков. 59

4.1 Стереоскопическая пара снимков и элементы ее ориентирования.. 59

4.2 Зависимость между координитами точки местности и координатами ее изображения на паре снимков.. 59

4.3 Элементы взаимного ориентирования пары снимков.. 59

4.4 Уравнение взаимного ориентирования пары снимков.. 59

4.5 Определение элементов взаимного ориентирования.. 59

4.6 Построение модели с преобразованием связок проектирующих лучей.. 59

4.7 Внешнее ориентирование модели.. 59

4.8 Двойная обратная пространственная фотограмметрическая засечка.. 59

4.9 Особенности теории наземной фотограмметрии.. 59

4.9.1 Основные виды наземной стереофотограмметрической съемки. 59

5 Стереоскопическое зрение, измерение снимков и модели. 59

5.1 ОСНОВЫ СТЕРЕОСКОПИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ. 59

5.2 СТЕРЕОСКОПИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ, простейшие стереоприборы. 59

5. 3 Особенности измерения цифровых снимков.. 59

5. 3.1 Средства измерений. 59

5.3.2 Принципы измерений. 59

5.3.3 Механизм корреляции изображений. 59

5.3.4 Внутреннее ориентирование снимка в системе координат цифрового изображения. 59

5.4 ФИЗИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ОШИБОК СНИМКА.. 59

6. Технологии фототопографических съемок.. 59

6.1 Основные технологические схемы... 59

6.2 Стереотопографический метод АФС.. 59

6.2.1 Технологически схемы.. 59

6.2.2 Летносъемочный процесс. 59

6.2.3 Трансформирование снимков и составление фотоплана. 59

6.2.3.1 Общие положения. 59

6.2.3.2 Перспективное трансформирование. 59

6.2.4 Составление фотоплана. 59

6.2.5 Понятие о привязке снимков. 59

6.2.6 фототриангуляция. 59

6.2.6.1 Основные понятия. 59

6.2.6.2 Аналитическая маршрутная фототриангуляциа. 59

6.2.6.3 Понятие о блочной фототриангуляции. 59

6.2.6.4 Деформация модели и точность построения фотограмметрической сети. 59

6.2.7 Понятие о топографическом дешифрировании снимков. 59

6.2.8 Технологии, основанные на обработке фотоснимков. 59

6.2.8.1 Классификация универсальных аналоговых стереоприборов. 59

6.2.8.2 Оптические универсальные аналоговые стереоприборы.. 59

6.2.8.3 Универсальные приборы механического типа. 59

6.2.8.4 Составление планов на СПР. 59

6.2.8.5 Другие приборы механического типа. 59

6.2.8.6 Ортофототрансформирование. 59

6.2.8.7 Автоматизация обработки снимков на фотограмметрическом оборудовании. 59

6.2.8.8 Понятие об универсальных стереоприборах аналитического типа. 59

6.2.9 Особенности цифрового трансформирования и составления фотоплана. 59

6.2.9.1 Назначение и области применения цифрового трансформирования снимков. 59

6.2.9.2 Создание цифровых фотопланов. 59

6.2.9.3 Точности цифровых трансформированных фотоснимков и фотопланов. 59

6.2.10 Основные сведения о векторизации. 59

6.2.11 Построение цифровых моделей. 59

6.2.12 Особенности основных отечественных фотограмметрических станций. 59

6.2.12.1 Пакет PHOTMOD SP. 59

6.2.12.2 Пакет PHOTMOD AT.. 59

6.2.12.3 Талка.. 59

6.2.12.4 ЦФС (Digitals/Delta) 59

6.3 Комбинированный метод АФС.. 59

6.4 Особенности аэрофототопографической съемки карьеров.. 59

7 Понятие о дистанционном зондировании. 59